(57)【要約】      （修正有）【課題】引張強度：５９０ＭＰａ以上の、造船、海洋構造物、建設機械、建築、橋梁、タンク、鋼管、水圧鉄管などの溶接鋼構造物に好適な強度〜靭性バランスに優れた高強度・高靭性鋼の製造方法を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．８０％、Ｍｎ：０．５〜２．５０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００７０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００４〜０．１００％、必要に応じてＴｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂ、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭの１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材を、圧延終了温度をＡｒ３変態点以上の温度域とする熱間圧延を施し、ついで、Ａｒ３変態点以上の温度域から、３００℃以下へ焼入れ後、再加熱温度までの加熱速度が１℃／ｓ以上でかつＡｃ１〜Ａｃ１＋１５０℃の温度域での滞留時間が９０秒以内である熱処理を施す。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２０％、
Ｓｉ：０．０１〜０．８０％、
Ｍｎ：０．５〜２．５０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．００７０％以下、
ｓｏｌ．Ａｌ：０．００４〜０．１００％
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材を、圧延終了温度をＡｒ３変態点以上の温度域とする熱間圧延を施し、ついで、Ａｒ３変態点以上の温度域から、３００℃以下へ焼入れ後、Ａｃ１〜Ａｃ１＋１５０℃の温度域へ再加熱する際、再加熱温度までの加熱速度が１℃／ｓ以上でかつＡｃ１〜Ａｃ１＋１５０℃の温度域での滞留時間が９０秒以内である熱処理を施すことを特徴とする高強度・高靭性鋼の製造方法。
【請求項２】
鋼組成に、更に、質量％で、Ｔｉ：０．００５〜０．２０％
Ｃｕ：０．０１〜２．０％
Ｎｉ：０．０１〜４．０％
Ｃｒ：０．０１〜２．０％
Ｍｏ：０．０１〜２．０％
Ｎｂ：０．００３〜０．１％
Ｖ：０．００３〜０．５％
Ｂ：０．０００５〜０．００４０％
Ｃａ：０．０００１〜０．００６０％
Ｍｇ：０．０００１〜０．００６０％
ＲＥＭ：０．０００１〜０．０２００％
の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
【請求項３】
焼入れ後に行う熱処理は、加熱保持後、少なくともＡｃ１変態点から６００℃以下までの温度域を加速冷却することを特徴とする請求項１または２記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
【請求項４】
加速冷却後、更に焼戻しを行うことを特徴とする請求項３記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
【請求項５】
焼入れ時の冷却停止から、再加熱を開始するまでを１８０ｓ以内で連続して行うことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強度−靭性バランスに優れた高強度・高靭性鋼の製造方法に関し、特に、造
船、海洋構造物、建設機械、建築、橋梁、タンク、鋼管、水圧鉄管などの溶接鋼構造物に利用する厚鋼板の製造方法として好適なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鋼板の強度が増加すると、靭性は低下する傾向にある。特に、引張強さが５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板において、良好な低温靭性を備えるのは困難である。そこで、引張強さ５９０ＭＰａ以上の高強度厚鋼板について高強度で低温靭性を確保するための多くの検討がなされてきた。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示されているように６０〜７０キロクラスの高強度鋼において直接焼入れ−短時間焼戻しによって細粒のγ相から微細なフェライトやベイナイトあるいはマルテンサイトの混合組織を得ることで強靭化を達成している。
【０００４】
また、特許文献２に開示されている９０キロ以上の高強度鋼ではＮｂとＭｎ量を制限して焼入れ−焼戻し処理にて良好な強靭性を確保している。これらのいずれもＮｂの析出強化能とＮｂの析出による靭性の劣化をバランスよく使うために圧延からの焼入れとＡｃ１以下の温度での焼戻し処理を工夫している。
【０００５】
一方、特許文献３には、焼入れ後の焼戻しにおける加熱速度を大きくし、圧延や焼入れで得られた転位を確保しながらＡｃ１以下の温度で焼戻しを行い、強靭化を達成することが提案されている。
【特許文献１】特公昭６１−６０８９１号公報
【特許文献２】特開平２−２０９４２２号公報
【特許文献３】特公平７−７４３８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、従来技術では、焼入れ処理やＡｃ１以下の温度での焼戻し処理における条件を制御し、所定の強度〜靭性を確保することが検討されているが、Ｎｂ等の強化能を抑制しながら靭性を確保するため、得られる強度，靭性には一定の限界が生じ、引張強度１２００ＭＰａを超える場合において、強度・靭性バランスを調整することは困難であった。
【０００７】
本発明は、従来技術の問題を解決し、引張強さ５９０ＭＰａ以上の高強度を有し、かつ強度−靭性バランスにおいて従来レベルをはるかに上回る高強度・高靭性鋼の製造方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は、上記問題点を解決するため、焼戻し過程での特性に着目して鋭意検討した結果、高強度鋼における焼戻し過程において、マルテンサイト組織、あるいはマルテンサイトとベイナイトの混合組織が焼戻されて、回復と、主として、炭化物の析出が起こる場合、強度を損なわずに析出物の量や大きさを制限するには限界があり、組織自体を微細組織とすることが有効であることを見出した。
【０００９】
すなわち、焼戻し温度として、強度が低下したり、逆変態したオ〜ステナイトにＣが濃化して冷却後に生成する島状マルテンサイトにより、高靭化は不可能であると考えられていたＡｃ１を超える温度への再加熱を検討し、その結果、特定の温度、加熱速度、２相域への滞留時間を制御することで、焼入れ時の組織が微細に分割され、強度を維持したままで高靭化が可能であることを見出した。
【００１０】
本発明は、逆変態組織にＣが濃化する時間を与えず、冷却時に旧γ粒の結晶方位と異な
る微細マルテンサイト組織あるいは下部ベイナイト組織が得られることを利用し、強度を損なわずに、破面単位を細かくすることで従来にない高強度〜高靭性を達成した。
すなわち、本発明の要旨はつぎのとおりである。
１．質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２０％、
Ｓｉ：０．０１〜０．８０％、
Ｍｎ：０．５〜２．５０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．００７０％以下、
ｓｏｌ．Ａｌ：０．００４〜０．１００％
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材を、圧延終了温度をＡｒ３変態点以上の温度域とする熱間圧延を施し、ついで、Ａｒ３変態点以上の温度域から、３００℃以下へ焼入れ後、Ａｃ１〜Ａｃ１＋１５０℃の温度域へ再加熱する際、再加熱温度までの加熱速度が１℃／ｓ以上でかつＡｃ１〜Ａｃ１＋１５０℃の温度域での滞留時間が９０秒以内である熱処理を施すことを特徴とする高強度・高靭性鋼の製造方法。
２．鋼組成に、更に、質量％で、Ｔｉ：０．００５〜０．２０％
Ｃｕ：０．０１〜２．０％
Ｎｉ：０．０１〜４．０％
Ｃｒ：０．０１〜２．０％
Ｍｏ：０．０１〜２．０％
Ｎｂ：０．００３〜０．１％
Ｖ：０．００３〜０．５％
Ｂ：０．０００５〜０．００４０％
Ｃａ：０．０００１〜０．００６０％
Ｍｇ：０．０００１〜０．００６０％
ＲＥＭ：０．０００１〜０．０２００％
の１種または２種以上を含有することを特徴とする１に記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
３．焼入れ後に行う熱処理は、加熱保持後、少なくともＡｃ１変態点から６００℃以下までの温度域を加速冷却することを特徴とする１または２記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
４．加速冷却後、更に焼戻しを行うことを特徴とする３記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
５．焼入れ時の冷却停止から、再加熱を開始するまでを１８０ｓ以内で連続して行うことを特徴とする１乃至４の何れか一つに記載の高強度・高靭性鋼の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、焼戻しをＡｃ１を超える温度で行い、加熱速度、温度、滞留時間の制御によって強度低下を最小限にとどめるとともに、逆変態組織による破面単位の微細分割を可能にしたことで、引張強さ５９０ＭＰａ以上の高強度と破面遷移温度ｖＴｒｓが〜４０℃以下の高靭性の、強度−靭性バランスに優れた高強度・高靭性鋼が得られ、産業上極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を詳細に説明する。成分組成における％は質量％とする。
［成分組成］
Ｃ：０．０１〜０．２０％
Ｃは鋼板の強度を確保するため、少なくとも０．０１％は必要であり０．２０％を越えて添加すると著しく溶接性を低下させるため、０．０１％以上、０．２０％以下（以下、０．０１〜０．２０％）とする。
【００１３】
Ｓｉ：０．０１〜０．８０％
Ｓｉは脱酸に必要な元素であるが、０．０１％未満ではその効果は少なく、０．８０％を越えて添加すると溶接性および母材靭性を著しく低下させるため、０．０１〜０．８０％とする。
【００１４】
Ｍｎ：０．５〜２．５０％
ＭｎはＣと同様に鋼板の強度を確保するために必要であり、過剰に添加すると溶接性を損なうため、０．５〜２．５０％とする。
【００１５】
Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００７０％以下
Ｐ、Ｓは不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であり、鋼母材や、溶接熱影響部の靭性を劣化させるため、経済性を考慮して可能な範囲で低減する事が好ましく、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００７０％以下とする。
【００１６】
Ａｌ：０．００４〜０．１０％以下
Ａｌは脱酸元素であり、０．００４％未満ではその効果は十分ではなく、過剰に添加すると靭性の劣化をもたらすため、０．００４〜０．１０％以下とする。
【００１７】
本発明の基本成分組成は以上であるが、更に所望の特性を向上させる場合、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂ、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭの１種または２種以上を選択元素として添加する。
【００１８】
Ｔｉ：０．００５〜０．２０％
Ｔｉは母材の靭性確保や溶接熱影響部での靭性確保の観点から所定の範囲が良好であるが、０．２０％を超えて添加すると靭性の著しい低下をもたらすため、添加する場合は、０．００５〜０．２０％とする。
【００１９】
Ｃｕ：０．０１〜２．０％
Ｃｕは強度を増加させるための元素で０．０１％以上でその効果を発揮し、２．０％を超えて添加すると熱間脆性により鋼板表面の性状を劣化するため、添加する場合は、０．０１〜２．０％とする。
【００２０】
Ｎｉ：０．０１〜４．０％
Ｎｉは母材の強度を増加させつつ靭性も向上させることが可能で０．０１％以上で効果を発揮し、４．０％以上では効果が飽和し経済的に不利であるため、添加する場合は、０．０１〜４．０％とする。
【００２１】
Ｃｒ：０．０１〜２．０％、Ｍｏ：０．０１〜２．０％
Ｃｒ，Ｍｏはいずれも強度を増加するのに有効であり、０．０１％以上でその効果を発揮し、それぞれ２．０％を越えて添加すると著しく靭性を劣化させるため、添加する場合は、それぞれ０．０１〜２．０％とする。
【００２２】
Ｎｂ：０．００３〜０．１％、Ｖ：０．００３〜０．５％
Ｎｂ、Ｖは母材の強度と靭性を向上させる元素であり、０．００３％以上の添加で効果を発揮する。またそれぞれ０．１％，０．５％を越えるとかえって靭性の低下を招くおそれがあるため、添加する場合は、Ｎｂ：０．００３〜０．１％、Ｖ：０．００３〜０．５％とする。
【００２３】
Ｂ：０．０００５〜０．００４０％
Ｂは焼入れ性の向上によって強度を増加させる事ができる。この効果は０．０００５％以上で顕著になり０．００４０％を越えて添加しても効果は飽和するため、添加する場合は、０．０００５〜０．００４０％とする。
【００２４】
Ｃａ：０．０００１〜０．００６０％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００６０％、ＲＥＭ：０．０００１〜０．０２００％
Ｃａ，Ｍｇ．ＲＥＭは鋼中のＳを固定して鋼板の靭性を向上させる働きがあり、０．０００１％以上の添加で効果がある。しかし、それぞれ０．００６０％、０．００６０％、０．０２００％を越えて添加すると鋼中の介在物量が増加し靭性をかえって劣化させるため、添加する場合は、Ｃａ：０．０００１〜０．００６０％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００６０％、ＲＥＭ：０．０００１〜０．０２００％とする。  
【００２５】
上記した成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物からなる。
【００２６】
［製造条件］
上記した組成を有する溶鋼を、転炉、電気炉等の溶製手段で常法により溶製し、連続鋳造法または造塊〜分塊法等で常法によりスラブ等の鋼素材とすることが好ましい。なお、
溶製方法、鋳造法については上記した方法に限定されるものではない。その後、所望の形状に圧延後、焼入れ焼戻しを行う。
【００２７】
１．圧延
圧延は、スラブ等の鋼素材を、所望の形状とするために行い、終了温度は、微細な焼入れ組織とするため、Ａｒ３変態点以上の温度域とする。
【００２８】
２．焼入れ
焼入れ後の組織をマルテンサイト主体の組織とするために、Ａｒ３点以上の温度から３００℃以下の温度に焼き入れる。
Ａｒ３点以下の温度から焼入れるとフェライトが一部に析出するために再加熱熱処理時に強度低下が大きくなり所定の強度が得られなくなる。
【００２９】
３．焼戻し
焼戻し処理は、逆変態により、焼入れ後の組織を、旧オ〜ステナイト（γ）粒の結晶方位と異なる微細マルテンサイト組織あるいは下部ベイナイト組織とし、破面単位を微細分割し、靭性を向上させるため、Ａｃ１〜Ａｃ１＋１５０℃の温度域に加熱する。
【００３０】
ここでの旧オ〜ステナイト（γ）粒は、圧延時のオ〜ステナイト（γ）粒径が微細でかつ焼戻し時に再変態オ〜ステナイト（γ）が微細に析出することにより分割される。マルテンサイト主体の組織をもつ鋼は、旧オ〜ステナイト（γ）粒径を細かくすることにより高靭性を有することになるが、旧オ〜ステナイト（γ）粒径が３０μｍを超えていると破壊の破面単位が大きくなって靭性の低下に繋がる。
【００３１】
加熱速度が１℃／ｓ未満の場合、所定の加熱温度に到達するまでに転位の消滅や回復により著しい強度の低下がもたらされ、逆変態組織にＣが濃化して靭性が劣化するため、１℃／ｓ以上とする。該温度域において滞留時間が９０ｓを超えると、強度低下が生じるため、滞留時間は９０ｓ以内とする。尚、加熱温度は、再加熱開始から終了までの平均加熱速度である。
【００３２】
ここで、本発明における鋼材温度は、鋼材の表面と中心部の平均温度を示しており、鋼材全体がＡｃ１〜Ａｃ１＋１５０℃に加熱されず、鋼材中央部が一部４００℃以上Ａｃ１未満に焼戻される場合でも、焼入れ速度の遅い中心部の焼戻しマルテンサイトは高靭性であることや鋼材の靭性にとっては表面近傍の靭性が重要であることから本発明の効果は得られる。従って、本発明においては必ずしも鋼材全体をＡｃ１〜Ａｃ１＋１５０℃に加熱する必要はない。
【００３３】
また、Ａｃ１を超える熱処理の冷却過程において、少なくともＡｃ１から６００℃以下の温度域を空冷以上の冷却速度で加速冷却を実施しても、同等の性能が得られる。
【００３４】
また、加速冷却を実施した場合に生成する硬質相による靭性劣化を抑制するために、必要に応じて更にＡｃ１以下の温度で焼戻しを実施しても良い。
【００３５】
焼入れ後に行うＡｃ１以上の温度に加熱する熱処理（焼戻し）は、焼入れ後に室温まで冷却した後、再加熱しても効果はあるが、好ましくは３００℃以下に冷却後、冷却停止から１８０ｓ以内に連続して再加熱処理を開始すると、転位密度の確保や析出物の粗大化防止の点から高強度・高靭性を得ることが容易で好ましい。
【００３６】
１８０ｓを超えると転位の開放により強度の低下が起こり、また、Ｃの拡散によってセメンタイトなどの炭化物の成長が起こるので、破壊の起点が粗大化し靭性が低下する傾向がある。
【００３７】
尚、焼入れ、焼戻しにおいて、Ａｒ３、Ａｃ１は下記の式を利用して求めることできる。但し、各式において、各元素は添加量：質量％を示す。
Ａｒ３＝９１０−２７３Ｃ−７４Ｍｎ−５６Ｎｉ−１６Ｃｒ−９Ｍｏ−５Ｃｕ
Ａｃ１＝７５１−２６．６Ｃ＋１７．６Ｓｉ−１１．６Ｍｎ−１６９Ａｌ−２３Ｃｕ−２３Ｎｉ＋２４．１Ｃｒ＋２２．５Ｍｏ＋２３３Ｎｂ−３９．７Ｖ−５．７Ｔｉ−８９５Ｂ
本発明は厚板、形鋼、棒鋼など種々の形状の鋼製品に適用可能である。「厚板」とは、板厚６ｍｍ以上の鋼板を指すものとする。
【実施例】
【００３８】
表１に示す組成の溶鋼を転炉で溶製し、連続鋳造法で２５０ｍｍ厚のスラブ（鋼素材）とし、表２に示す熱間圧延条件により６〜６０ｍｍ厚の鋼板を作製した。表１において、鋼記号ＡＣ、ＡＤ、ＡＥ、ＡＦ、ＡＧの供試鋼は成分組成のいずれかが本発明範囲外となっている。
【００３９】
得られた厚鋼板について、板厚方向１／２の位置から６φのミクロ引張試験片を採取して、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１（１９９８）の規定に準拠して引張試験を実施し、引張強さＴＳおよび０．２％耐力ＹＳを求めた。
【００４０】
また、板厚方向１／２の位置からＪＩＳ  Ｚ  ２２０２（１９９８）の規定に準拠して、Ｖノッチ標準寸法のシャルピ−衝撃試験片を採取して、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２（１９９８）の規定に準拠して衝撃試験を実施し、破面遷移温度ｖＴｒｓを求めた。但し、板厚１１ｍｍｔ以下についてはハ−フサイズのシャルピ−試験片にてｖＴｒｓを求めた。
【００４１】
更に、板厚中心から組織観察用試験片を採取し、走査型電子顕微鏡および透過型電子顕微鏡により２相域加熱部の平均旧オ−ステナイト（γ）粒径を線分法にて測定した。
【００４２】
表３にこれらの試験結果を示す。平均旧オ−ステナイト（γ）粒径：３０μｍ以下、引張強度ＴＳ：５９０ＭＰａ以上、降伏強度ＹＳ：５００ＭＰａ以上および靭性（ｖＴｒｓ）：−４０℃以下を本発明例とした。
【００４３】
成分組成、製造条件の規定のいずれかが本発明範囲外となった鋼板Ｎｏ．２９〜４１は、本発明例鋼板Ｎｏ．１〜２８、Ｎｏ．４２〜４５と比較して平均旧オ〜ステナイト（γ）粒径が大きく、引張強度ＴＳ、降伏強度ＹＳおよび靭性の少なくとも一つの特性が劣る。
【００４４】
また、Ｎｏ．５１およびＮｏ．５２は、それぞれ、Ｎｏ．２およびＮｏ．１４と同じ条件で、焼戻し後にＡｃ１〜６００℃以下の温度域を加速冷却した場合の実施例であり、良好な性能が得られている。
【００４５】
また、Ｎｏ．５３はＮｏ．５２のＡｃ１以上の焼戻し（加速冷却）の後に、さらに焼戻しを実施した場合で、Ｎｏ．５２に対して靭性の向上が認められた。Ｎｏ．５１〜Ｎｏ．５３のいずれも本発明範囲内である。
【００４６】
【表１】
2006283187.tif 000002
【００４７】
【表２】
2006283187.tif 000003
【００４８】
【表３】
2006283187.tif 000004